论文部分内容阅读
贵金属纳米结构由于特殊的电子性质以及纳米效应而被广泛使用在各类催化反应中。它们一般以均相或异相形式存在。当以均相形式存在时，例如金属和配合基配位，主要是金属颗粒的本身属性对其催化性能产生影响。如尺寸效应，应力效应，表面结构/形态，以及合金化过程等都会引起颗粒几何性质和电子性质的改变，进而影响其催化性能。而当其以异相形式存在时，例如贵金属纳米结构分散在载体之上，则还需考虑载体的协同或者耦合效应对几何性质和电子性质的影响。但不论是何种影响因素，它们都和制备方法息息相关。不同的制备方法直接决定了催化性能不同的影响因素。本文以Ag及Ag基双金属纳米结构为例，采用原电池置换反应法，探索具体的贵金属纳米结构的微结构特性及其对催化性能的影响。具体工作的开展以及成果的总结主要从以下三方面体现：
一、首次利用原电池的阳极反应在Pt/Si衬底上制备花状Ag纳米结构。通过系列表征手段分析表明，该花状结构由许多二维的纳米Ag片相互交叠而成。这种结构可能由于具有比较大的比表面积有利于反应分子在其表面的吸附(物质传递)以及金属Ag和衬底Pt的双金属界面有利于反应过程中电子的传递(电子传递)，因而在硼氢化钠(NaBH4)催化罗丹明B(RhB)的反应中表现出具有比衬底Pt更为优越的催化活性。
二、发明设计一套试验装置合成枝状Ag纳米结构，然后将其浸入HAuCl4溶液中进行原电池置换反应，成功地合成了枝状Au-Ag双金属纳米结构。通过系列表征手段分析表明，这种结构由枝状Ag结构以及外延“站立”在其表面的纳米Au片共同组成。这样，一方面由于枝状结构本质赋予的巨大的比表面积有利于反应分子在其表面的吸附(物质传递)，另一方面由于Ag基底和Au片之间形成的双金属界面有利于反应过程中电子的传递(电子传递)，因此在NaBH4和4-NP的反应中，这种结构表现出比其他研究者报道的Au-Ag双金属纳米颗粒，海绵状的Au纳米颗粒等催化剂更为优越的催化活性。
三、将合成的枝状Ag纳米结构浸入Na2PdCl4溶液中进行原电池置换反应，成功地获得了枝状Pd-Ag双金属纳米结构。通过系列表征手段分析表明，这种结构由枝状Ag结构以及“薄薄”铺盖在其表面的小于20nmPd颗粒共同组成。这样，一方面由于枝状结构本质赋予的巨大的比表面积有利于反应分子在其表面的吸附(物质传递)，另一方面由于Ag基底和Pd颗粒之间形成的双金属界面有利于反应过程中电子的传递(电子传递)，再者，由于纳米Pd颗粒较好的储氢特性有利于反应过程中[H]传递([H]中继系统)，因此这种结构在涉及[H]传递的NaBH4和4-NP的反应中，表现出目前为止已有报道的最为卓越的催化活性。